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1、2019/3/14,生物工程学院,1,石河子大学 田丽萍,2005,仪器分析 Instrumental Analysis,生物技术02级本科班讲义,2019/3/14,生物工程学院,2,第四章 光分析法导论,第一节 光分析基础fundamental of optical analysis 第二节 光谱法仪器与光学器件 instruments for spectro-metry and optical parts,an introduction to optical analysis,2019/3/14,生物工程学院,3,第四章 光分析法导论,基本要求： 1.了解光与物质的相互作用特点及其与光学
2、分析法的关系； 2.了解光学分析法的基本分类； 3.掌握光学分析仪器的基本构成单元及其作用。,2019/3/14,生物工程学院,4,第四章 光分析法导论,一、光分析及其特点 optical analysis and its feature 二、电磁辐射的基本性质 properties of electromagnetic radiation 三、光分析法的分类 classification of optical analysis 四、各种光分析法简介 a brief introduction of optical analysis 五、光分析的进展 development of optical
3、 analysis,an introduction to optical analysis,第一节 光分析基础,fundamental of optical analysis,2019/3/14,生物工程学院,5,第一节 光分析基础 一、光分析法及其特点 optical analysis and its characteristics,光分析法：基于电磁辐射与待测物质相互作用后所产生的辐射信号与物质组成及结构关系所建立起来的分析方法； 电磁辐射范围： 射线无线电波所有范围； 相互作用方式：发射、吸收、反射、折射、散射、干涉、衍射等； 光分析法在定性、定量和研究物质组成、结构表征、表面分析等方面
4、具有其他方法不可区代的地位；,2019/3/14,生物工程学院,6,三个基本过程：,（1）能源（电磁辐射： 射线无线电波）提供能量（辐射能-跃迁：电子跃迁-紫外，振动跃迁-红外，转动跃迁-微波）； （2）能量与被测物之间的相互作用（发射、吸收、反射、折射、散射、干涉、衍射等）； （3）产生信号（辐射信号） 。 基本特点： （1）所有光分析法均包含三个基本过程； （2）选择性测量，不涉及混合物分离（不同于色谱分析）； （3）涉及大量光学元器件。,2019/3/14,生物工程学院,7,二、电磁辐射的基本性质 basic properties of electromagnetic radiation
5、,1、电磁辐射具有波动性和微粒性 电磁辐射：以接近光速（真空中为光速）通过空间传播能量的电磁波； c = =/ E = h = h c / c：光速；：波长；：频率；：波数 ； E ：能量； h：普朗克常数,2019/3/14,生物工程学院,8,电磁辐射具有波动性和微粒性（波粒二象性）： （1） 光的波动性： 光的传播如光的折射、衍射、偏振和干扰等现象可以用光的波动性来解释。 描述波动性的重要参数是波长、频率和光速C，它们的关系是 ：, C ,波动性,波长,频率,c光速2.9979108ms-1 2.99791010cms-1,2019/3/14,生物工程学院,9,（2） 光的微粒性 还有一些
6、光学现象，如光电效应、光的发射和吸收等，只能用光的微粒性才能满意地解释。光是由带有能量的微粒组成的，这种微粒称为光子或光量子。光子的能量与它的频率成正比，或与波长成反比，而与光的强度无关。,粒子性,普朗克常数 h 6.626210-34Js,2019/3/14,生物工程学院,10,2、电磁波谱 电磁辐射(电磁波)按其波长可分为不同区域-电磁波谱： 一射线 5*10-30.14nm X一射线 10-310nm 远紫外 10200nm 近紫外 200400nm 可见光 400760nm 近红外 0.752.5m 中红外 2.550m 远红外 501000m 微波 0.1100cm 无线电波 110
7、00m 一射线波长最小，能量最大；无线电波波长最大，能量最小。,2019/3/14,生物工程学院,11,电磁波谱：电磁辐射按波长顺序排列，称。,射线 X 射线紫外光可见光红外光微波无线电波,2019/3/14,生物工程学院,12,表 电磁波谱区及常用光学分析方法,光谱区域 波 长 光 学 分 析 方 法 射线 5*10-30.14nm 射线光谱法 X射线 10-3 nm10nm X射线光谱法 光学区 10nm1000nm 原子发射光谱法、原子吸收光谱法、 原子荧光光谱法、紫外吸收光谱法、 可见吸收光谱法、分子荧光光谱法、 红外吸收光谱法 微 波 0.1mm1m 微波光谱法 无线电波 1m以上
8、核磁共振波谱法,2019/3/14,生物工程学院,13,在红外区域，常用波数代替波长，波数与波长的相互关系为：,波长,可见光区：=400800nm,红外光区： =8001000nm,紫外光区： =180400nm,单位：cm-1，物理意义：1cm的间距内有多少个光波,2019/3/14,生物工程学院,14,3、辐射能的特性（光与物质的作用）：,(1) 吸收 M + hv M* (2) 发射 M* M + hv (3) 散射（Scattering）光通过不均匀介质时部分光偏离原方向传播的现象。丁铎尔散射和分子散射. (4) 折射（Refraction） 折射是光在两种介质中的传播速度不同； (5
9、) 反射 （Reflection） 光通过具有不同折射率的两种介质的界面时会产生反射。 (6) 干涉（Coherent interference） 频率相同的两列波叠加，使某些区域的振动加强，某些区域的振动减弱，并且振动加强和振动减弱的区域互相间隔，此现象叫干涉。 (7) 衍射（Diffraction） 光绕过物体而弯曲地向他后面传播的现象； (8) 偏振（Polarization） 只在一个固定方向有振动的光称为平面偏振光。,2019/3/14,生物工程学院,15,2019/3/14,生物工程学院,16,2019/3/14,生物工程学院,17,三、光分析法分类 type of optical
10、 analysis,光分析法可分为光谱法和非光谱法两大类。 光谱法是以光的吸收，发射和拉曼散射等作用而建立的光谱方法。这类方法比较多，是主要的光分析方法。 光谱法可分为原子光谱法和分子光谱法。 原子光谱（线性光谱）：是由原子外层或内层电子 能级的变化产生的，它的表现形式为线光谱。最常见的三种 基于原子外层电子跃迁的原子吸收光谱（AAS）； 原子发射光谱（AES）、原子荧光光谱（AFS）； 基于原子内层电子跃迁的 X射线荧光光谱（XFS）； 基于原子核与射线作用的穆斯堡谱；,2019/3/14,生物工程学院,18,分子光谱（带状光谱）：是由 分子中电子能级、振动和转动能级 的变化产生的，表现形式
11、为带光谱。,紫外光谱法（UV）； 红外光谱法（IR）； 分子荧光光谱法（MFS）； 分子磷光光谱法（MPS）； 核磁共振与顺磁共振波谱（N）； 非光谱法： 不涉及能级跃迁，物质与辐射作用时，仅改变传播方向等物理性质；如偏振法、干涉法、旋光法等； 光谱法与非光谱法的区别： 光谱法：内部能级发生变化 原子吸收/发射光谱法：原子外层电子能级跃迁 分子吸收/发射光谱法：分子外层电子能级跃迁 非光谱法：内部能级不发生变化，仅测定电磁辐射性质改变,2019/3/14,生物工程学院,19,如果按照电磁辐射和物质相互作用的结果，可以产生发射、吸收和联合散射三种类型的光谱。 射线光谱法 X射线荧光分析法 Mss
12、bauer（莫斯鲍尔）谱法 原子发射光谱分析法 1、发射光谱 原子荧光分析法 2、吸收光谱 紫外-可见分光光度法 分子荧光分析法 原子吸收光谱法 分子磷光分析法 红外光谱法 化学发光分析法 核雌共振波谱法 3、 Raman散射-Raman光谱法:频率为o的单色光照射到透明物质上，物质分子会发生散射现象。如果这种散射是光子与物质分子发生能量交换的，即不仅光子的运动方向发生变化，它的能量也发生变化，则称为Ranmn散射。,2019/3/14,生物工程学院,20,2019/3/14,生物工程学院,21,2019/3/14,生物工程学院,22,光学分析法的分类,光谱方法： 测量发射或吸收光谱 的波长和
13、强度,非光谱方法,定性、定量,物质内部特定的能级跃迁,特征光谱的波长： 定性、结构分析,光谱的强度： 定量分析,原子光谱,分子光谱,折光、旋光、衍射、比浊法,原子发射光谱,原子吸收光谱,红外光谱,紫外光谱,2019/3/14,生物工程学院,23,四、各种光分析法简介 a brief introduction of optical analysis,1.原子发射光谱分析法 以火焰、电弧、等离子炬等作为光源，使气态原子的外层电子受激发射出特征光谱进行定量分析的方法。 2.原子吸收光谱分析法 利用特殊光源发射出待测元素的共振线，并将溶液中离子转变成气态原子后，测定气态原子对共振线吸收而进行的定量分析
14、方法。,2019/3/14,生物工程学院,24,3.原子荧光分析法,气态原子吸收特征波长的辐射后，外层电子从基态或低能态跃迁到高能态，在10-8s后跃回基态或低能态时，发射出与吸收波长相同或不同的荧光辐射，在与光源成90度的方向上，测定荧光强度进行定量分析的方法。 4.分子荧光分析法 某些物质被紫外光照射激发后，在回到基态的过程中发射出比原激发波长更长的荧光，通过测量荧光强度进行定量分析的方法。,2019/3/14,生物工程学院,25,6. X射线荧光分析法 原子受高能辐射，其内层电子发生能级跃迁，发射出特征X射线（ X射线荧光），测定其强度可进行定量分析。 7. 化学发光分析法 利用化学反应
15、提供能量，使待测分子被激发，返回基态时发出一定波长的光，依据其强度与待测物浓度之间的线性关系进行定量分析的方法。,5. 分子磷光分析法 处于第一最低单重激发态分子以无辐射弛豫方式进入第一三重激发态，再跃迁返回基态发出磷光。测定磷光强度进行定量分析的方法。,2019/3/14,生物工程学院,26,利用溶液中分子吸收紫外和可见光产生跃迁所记录的吸收光谱图，可进行化合物结构分析，根据最大吸收波长强度变化可进行定量分析。 9.红外吸收光谱分析法 利用分子中基团吸收红外光产生的振动-转动吸收光谱进行定量和有机化合物结构分析的方法。 10.核磁共振波谱分析法 在外磁场的作用下，核自旋磁矩与磁场相互作用而裂
16、分为能量不同的核磁能级，吸收射频辐射后产生能级跃迁，根据吸收光谱可进行有机化合物结构分析 。,8. 紫外吸收光谱分析法,2019/3/14,生物工程学院,27,11.顺磁共振波谱分析法 在外磁场的作用下，电子的自旋磁矩与磁场相互作用而裂分为磁量子数不同的磁能级，吸收微波辐射后产生能级跃迁，根据吸收光谱可进行结构分析 。,12.旋光法 溶液的旋光性与分子的非对称结构有密切关系，可利用旋光法研究某些天然产物及配合物的立体化学问题，旋光计测定糖的含量。 13.衍射法 X射线衍射：研究晶体结构，不同晶体具有不同衍射图。 电子衍射：电子衍射是透射电子显微镜的基础，研究物质的内部组织结构。,2019/3/
17、14,生物工程学院,28,五、光分析方法的进展 development of optical analysis,1. 采用新光源，提高灵敏度 级联光源：电感耦合等离子体-辉光放电；激光蒸发-微波等离子体 2. 联用技术 电感耦合高频等离子体（ICP）质谱 激光质谱：灵敏度达10-20 g 3. 新材料 光导纤维传导，损耗少；抗干扰能力强；,2019/3/14,生物工程学院,29,4. 交叉,电致发光分析；光导纤维电化学传感器 5. 检测器的发展 电荷耦合阵列检测器光谱范围宽、量子效率高、线性范围宽、多道同时数据采集、三维谱图，将取代光电倍增管； 光二极激光器代替空心阴极灯，使原子吸收可进行多元
18、素同时测定；,2019/3/14,生物工程学院,30,三种光分析法测量过程示意图,2019/3/14,生物工程学院,31,六、光学分析法的特点 (1)灵敏度高。原子发射光谱法的最低检出限是0.1ngmL-1。 (2)使用试样量少。 (3)光学分析法适用的被测组分含量范围很广泛。适用于微量、痕量甚至超痕量组分的分析。 (4)分析速度快。 (5)多元素同时测定。,2019/3/14,生物工程学院,32,七、光学分析法的应用 (1)成分分析。 (2)化学、物理化学各种参数的测定。 (3)化学反应机理的研究。 (4)分子结构的测定。 (5)遥感分析。 (6)特征分析。,2019/3/14,生物工程学院
19、,33,一、光谱法仪器的基本流程 general process of spectrometry 二、光谱仪器的基本器件 main parts of spectrometry,第四章 光分析导论,an introduction to optical analysis,instruments for spectro-metry and optical parts,第二节 光谱法仪器与光学器件,2019/3/14,生物工程学院,34,一、光分析法仪器的基本流程 general process of spectrometry,光谱仪器通常包括五个基本单元： 光源；单色器；样品；检测器；显示与数据处理
20、；,光源,单色器,样品池,检测器,记录装置,2019/3/14,生物工程学院,35,二、光分析法仪器的基本单元 main parts of spectrometry,1. 光源 依据方法不同，采用不同的光源：火焰、灯、激光、电火花、电弧等；依据光源性质不同，分为：,连续光源：在较大范围提供连续波长的光源，氢灯、氘灯、钨丝灯等； 线光源：提供特定波长的光源，金属蒸气灯(汞灯、钠蒸气灯)、空心阴极灯、激光等；,2019/3/14,生物工程学院,36,1. 光源,2019/3/14,生物工程学院,37,2.单色器,单色器：获得高光谱纯度辐射束的装置，而辐射束的波长可在很宽范围内任意改变； 主要部件：
21、 （1）进口狭缝； （2）准直装置(透镜或反射镜)：使辐射束成为平行光线； （3）色散装置(棱镜、光栅)：使不同波长的辐射以不同的角度进行传播；,2019/3/14,生物工程学院,38,（4）聚焦透镜或凹面反射镜，使每个单色光束在单色器的出口曲面上成像。,2019/3/14,生物工程学院,39,3.试样装置,光源与试样相互作用的场所 （1）吸收池 紫外-可见分光光度法：石英比色皿 荧光分析法： 红外分光光度法：将试样与溴化钾压制成透明片 （2）特殊装置 原子吸收分光光度法：雾化器中雾化，在火焰中，元素由离子态原子； 原子发射光谱分析：试样喷入火焰； 详细内容在相关章节中介绍。,2019/3/1
22、4,生物工程学院,40,4. 检测器,（1）光检测器 主要有以下几种： 硒光电池、光电二极管、光电倍增管、硅二极管阵列检测器、半导体检测器； （2）热检测器 主要有： 真空热电偶检测器：红外光谱仪中常用的一种； 热释电检测器： 5. 信号、与数据处理系统 现代分析仪器多配有计算机完成数据采集、信号处理、数据分析、结果打印，工作站软件系统；,2019/3/14,生物工程学院,41,光学分析方法的发展,光学分析法是利用待测定组分所显示出的吸收光谱或发射光谱，既包括原子光谱也包括分子光谱。利用被测定组分中的分子所产生的吸收光谱的分析方法，即通常所说的可见与紫外分光光度法、红外光谱法；利用其发射光谱的
23、分析方法，常见的有荧光光度法。利用被测定组分中的原子吸收光谱的分析方法，即原子吸收法：利用被测定组分的发射光谱的分析方法，包括发射光谱分析法、原子荧光法、X射线原子荧光法、质子荧光法等。,2019/3/14,生物工程学院,42,(一)比色法 分光光度法的前身是比色法。比色分析法有着很长的历史。1830年左右，四氨络铜离子的深蓝色就被用于铜的测定。奈斯勒的氨测定法起源于1852年，大约在同一年，硫氰酸盐被用来分析铁。1869年，舍思报道说钛盐与过氧化氢反应会产生黄色，1882年，韦勒(weller)将此黄色反应改进成一种钛的比色法。钒也能与过氧化物发生类似的反应，生成一种橙色络合物。1912年，
24、梅勒一方面利用1908年芬顿发现的一个反应(二羟基马来酸与钛反应呈橙黄色，与钒反应无此色)，另一方面利用与过氧化物的反应，得出了一种钛和钒这两种元素的比色测定法。 吸收光度分析法提供了非化学计量法的一个很好例子。有色化合物的光吸收强弱随着所用辐射波长的大小而变化。因此早期的比色法主要凭经验将未知物与浓度近似相等的标难溶液进行对比。比如象亲斯勒在氨测定法中所作的比较。比色剂，如杜波斯克比色计，是通过改变透光溶液的厚度和利用比尔定律，来对未知物的颜色与标准液的浓度进行对比的，这种仪器并不适用于所有的有色物质，它充其量也不过经验程度很高罢了。,2019/3/14,生物工程学院,43,1729年，P布
25、古厄(Bouguer)观察到入射光被介质吸收的多少与介质的厚度成正比。这后来又被JH兰贝特(Lambert，17281777)所发现，他对单色光吸收所作的论述得到了下列关系式： 上式中I是通过厚度为I的介质的光密度，a是吸收系数。利用边界条件x=0时，IIo，积分得到： IIoe-ax 1852年，A比尔(Beer)证实，许多溶液的吸收系数a是与溶质的浓度C成正比的。尽管比尔本人没有建立那个指数吸收定律公式，但下列关系式 IIoe-acx 仍被叫做比尔定律，式中浓度和厚度是作为对称变数出现的。这个名称似乎是在1889年就开始使用了。,2019/3/14,生物工程学院,44,1940年以前，比色
26、法一直是最直观的分析法，往往是以高度经验为根据的实际上依靠了奈斯勒管、杜波斯克比色计和拉维邦色调计。色调计利用可叠加有色玻璃盘作为颜色比较的载片。某些测定甚至是将颜色与彩纸和有色玻璃作比较来进行的。Tw理查兹在有关卤化银的测定方面，发明了一种散射浊度计，用通过微浊溶液来测量光散射。 1940年初左右，分光光度计开始广泛使用，几种高质量、应用简便的工业仪器使比色法更加普及，最著名的仪器，如蔡斯一普尔费利希、希尔格、斯佩克尔、贝克曼和科尔曼分光光度计，采用滤波器、棱镜和光栅，使光的波长限制在一个很窄的范围内。光吸收一般是用光电管测量的。 典型的比色试剂是二苯基硫卡巴踪(diphenylthioca
27、rbazone)通常叫做双硫踪dithizone，是艾米尔费歇尔在1882年发现的，他观察到双硫踪很容易和金属离子形成有色化合物，但他没有继续这项研究。1926年，海尔穆特费歇尔研究了这个化合物，并报道了把它用于分祈的可能性，这种可能性在30年代得到了最充分的利用。这种试剂与大量阳离子所形成的有色整合物极易溶解于氯仿那样的有机溶剂中。于是，这种络合物就可从大量的水溶液中萃取到少量的溶剂中，从而使这种方法对痕量物质也非常灵敏。,2019/3/14,生物工程学院,45,比色法借助仪器可用于波长短到2000A的紫外区。向紫外区的进一步扩展是不可能的。因为容器、棱镜及空气本身也会吸收光。记录方法(起初
28、主要是照相记录)，随着实用光电管的发展得到了明显的改进。紫外分光光度法在测定芳香化合物，如苯酚、葱和苯乙烯方面特别有价值。 紫外吸收在研究有机化合物的结构时也很有用，它同束缚松散的电子缔合，如出现在双键中的电子。乙烯、乙炔、碳基化合物和氰化物中的不饱和键吸收2000A以下的光，因此处于紫外分光光度计可测范围之外。不饱和键周围有取代基时，会使光的吸收向长波方向移动，但仍远离实际可测的范围。偶氮基、硝基、亚硝酸盐、硝酸盐和亚硝基的吸收光范围在25003000A之间。不饱和键发生共扼现象会使吸收增强。引起光向长波方向移动。芳香环具有一个特征吸收本领，可用于鉴定。,2019/3/14,生物工程学院,4
29、6,(二)红外光谱法 辐射能吸收用作一种分析工具的最大进展也许是在红外光谱领域。1920年以前，利用波长在8000A到几十分之一毫米光谱区的仪器就已经有了，但红外光谱研究的真正进展却发生在1940年以后。这个光谱区含有象分子振动所包括的那样一些频率的光。原子质量、键强和分子构型这样一些重要因素与所吸收的能量有联系。因此某些波段易与0H、NH、ClC和C0那样一些基团相对应。 红外光谱的兴起靠的是发展热电堆以及辐射计、放大器和记录器方面所取得的进展。许多年来，这些仪器的光学部分比检测和记录机构要令人满意得多。,2019/3/14,生物工程学院,47,红外光谱主要是作为一种定性工具使用的。同时如果
30、大量的日常分析工作比如，工业实践中常常必需的分析工作证明红外光谱有利于这种工作的操作的话，那么它也可用于定量分析。定量红外光谱法已经用于分析硝基烷混合物。甲酚混合物和六氯化苯异构体方面。六氯化苯的Y一异构体可用作杀虫剂。红外光谱法已经是测定混杂有相关异构体的Y六氯化苯的有用工具。红外光谱法在定性分析中极有价值，因为吸收位置和吸收强度能提供大量数据。过去人们曾做了大量的工作，绘制了许多键和基的光吸收性质图，使得有可能利用这种数据迅速确定出新化合物的结构。工业方面，红外光谱也有助于研究聚合作用方面的进展，因为单体和聚合体的红外吸收带相互间是有区别的。,2019/3/14,生物工程学院,48,目前红
31、外光谱(1R)是给出丰富的结构信息的重要方法之一，能在较宽的温度范围内快速记录固态、液态、溶液和蒸气相的图谱。红外光谱经历了从棱镜红外、光栅红外，目前己进入傅里叶变换红外 (FTIR)时期，积累了十几万张标准物质的图谱。FTIR具有光通量大、信噪比高、分辨率好、波长范围宽、扫描速度快等特点。利用IR显微技术和基本分离技术(matrixi solation，MIIR)可对低达n8量和p8量级的试样进行记录，FTIR和色谱的结合，被称为鉴定有机结构的“指纹”，这些优点是其他方法所难于比拟的。红外光谱近年来发展十分迅速，在生物化学高聚物、环境、染料、食品、医药等方面得到广泛应用。,2019/3/14
32、,生物工程学院,49,(三)荧光分析 当紫外光照射到某些物质的时候，这些物质会发射出各种颜色和不同强度的可见光，而当紫外光停止照射时，这种光线也随之很快地消失，这种光线称为荧光。 第一次记录荧光现象的是16世纪西班牙的内科医生和植物学家NMonardes，1575年他提到在含有一种称为“LignMmNephriticum”的木头切片的水溶液中，呈现了极为可爱的天蓝色，在17世纪，Boyle (16261691)和Newton(1624一1727)等著名科学家再次观察到荧光现象，并且给予更详细的描述。尽管在17世纪和18世纪中还发现了其它一些发荧光的材料和溶液，然而在解释荧光现象方面却几乎没有什
33、么进展。直到1852年Stokes在考察奎宁和叶绿素的荧光时，用分光计观察到其荧光的波长比入射光的波长稍为长些，才判明这种现象是这些物质在吸收光能后重新发射不同波长的光，而不是由光的漫射作用所引起的，从而导入了荧光是光发射的概念，他还由发荧光的矿物“萤石”推演而提出“荧光”这一术语。,2019/3/14,生物工程学院,50,Stokes还对荧光强度与浓度之间的关系进行了研究，描述了在高浓度时以及外来物质存在时的荧光猝灭现象。此外，他似乎还是第一个(1864年)提出应用荧光作为分析手段的人。1867年，Goppelsr6der)进行了历史上首次的荧光分析工作，应用铝一桑色素配合物的荧光进行铝的测
34、定。1880年，Liebeman提出了最早的关于荧光与化学结构关系的经验法则，到19世纪末，人们已经知道了包括荧光素、曙红、多环芳烃等600种以上的荧光化合物。 20世纪以来，荧光现象被研究得更多了。例如，1905年wood发现了共振荧光：1914年Frank和Hertz利用电子冲击发光进行定量研究；1922年Frank和Cario发现了增感荧光：1924年wawilloMs进行了荧光产率的绝对测定：1926年Gavl01a进行了荧光寿命的直接测定等等。,2019/3/14,生物工程学院,51,荧光分析方法的发展，与仪器应用的发展是分不开的。19世纪以前，荧光的观察是靠肉眼进行的，直到1928
35、年，才由Jette和West提出了第一台光电荧光计。早期的光电荧光计的灵敏度是有限的，1939年Zworykin和Rajchman发明光电倍增管以后，在增加灵敏度和容许使用分辨率更高的单色器等方面，是一个非常重要的阶段。1943年DMtton和Bailey提出了一种荧光光谱的手工校正步骤，1948年由StMder推出了第一台自动光谱校正装置，到1952年才出现商品化的校正光谱仪器。,2019/3/14,生物工程学院,52,近十几年来，在其它学科迅速发展的影响下，随着激光、微处理机和电子学的新成就等一些新的科学技术的引入，大大推动了荧光分析法在理论方面的进展，促进了诸如同步荧光测定、导数荧光测定
36、、时间分辨荧光测定、相分辨荧光测定、荧光偏振测定、荧光免疫测定、低温荧光测定、固体表面荧光测定、荧光反应速率法、三维荧光光谱技术和荧光光纤化学传感器等荧光分析方面的某些新方法、新技术的发展，并且相应地加速了各式各样新型的荧光分析仪器的问世，使荧光分析法不断朝着高效、痕量、微观和自动化的方向发展，方法的灵敏度、准确度和选择性日益提高，方法的应用范围大大扩展，遍及于工业、农业、医药卫生、环境保护、公安情报和科学研究等各个领域中。如今，荧光分析法已经发展成为一种重要且有效的光谱化学分析手段。,2019/3/14,生物工程学院,53,在我国，50年代初期仅有极少数的分析化学工作者从事荧光分析方面的研究
37、工作，但到了70年代后期，荧光分析法己引起国内分析界的广泛重视，在全国众多的分析化学工作者中，已逐步形成一支从事这一领域工作的队伍。近年来，国内发表的有关荧光分析方面的论文数量增长较快，所涉及的内容也已 从经典的荧光分析法逐步扩展到新近发展起来的一些新方法和新技术，在仪器应用方面也陆续有几种类 型的国产的荧光分析光度计问世，为这一分析方法的发展和普及提供了一定的物质条件。,2019/3/14,生物工程学院,54,(四)原子吸收光度法 20世纪50年代初又发展出了原子吸收光度法。这是吸收光度法的又一次重大突破。这种方法的初始形式是将试样溶液雾化，喷入火焰，使雾滴溶剂迅速蒸发，形成溶质固体微粒。它
38、很快熔化、挥发，并被热解为组成原于。这时利用一束锐线辐射穿过一定厚度的待测试样蒸气，辐射的一部分便被蒸气中待测元素的基态原子所吸收。对透过的辐射，经单色器后，测定其减弱的程度。这样利用在一定条件下消光度与火焰中原子浓度成正比的关系，求得待测元素的含量。 原子吸收共振光谱线的性质很早就被观察到。1802年，英国化学家武拉斯顿就曾观察到太阳光谱中存在着许多暗线。对这种现象，英国光学家布鲁斯特(David Brewster，178l1868)对此作出了科学解释。但是对此现象付诸应用，则是20世纪的事情。,2019/3/14,生物工程学院,55,1953年，澳大利亚物理学家沃尔什(Awalsh)正式提
39、出利用原子吸收光谱建立新的吸收光度法，并于1954年在墨尔本物理研究所展示出了第一台简单的原子吸收分光光度计。次年，他发表了专题论文原子吸收光谱在化学分析中的应用，从理论上探讨了这种方法。在此同时，荷兰化学家阿克马德 (JTJA1kemade)也报导了采用原子火焰的吸收实验，指出原子吸收可以做为一个普遍应用的分析方法。到1958年，这种方法便有了实际应用，例如，这年化学家德威得(DJDvld)发表了他用原子吸收法测定植物中锌、镁、铜、铁等元素的实验报告。但在50年代，这种方法主要还仅在澳大利亚进行研究。,2019/3/14,生物工程学院,56,作为原子吸收法的一个关键性问题是如何使待分析物质充
40、分原子化，并形成稳定的原子蒸气。这就需要提高原子化装置的温度。在最初时，沃尔什是将试样作成圆筒状空心阴极，通过放电和阴极溅射而原子化。当时也有人利用火焰光度法中所常用的煤气一空气和丙烷一空气的低温火焰。其后又有人利用氢一空气或乙炔一空气。但对耐高温化合物，这些火焰的温度都嫌不足。到1965年，化学家维利斯(JBwillis)提出用乙炔一氧化亚氮火焰；曼宁(DCManing)提出用乙炔一氧化氮火焰，它们的温度皆可高达近3000，这样就便测定Be、A1、Si、Ti、Zr、V、Sc、稀土等元素有了可能。1968年和1969年马斯曼(HMassmann)和苏联科学家吕沃夫分别研究了石墨管原子化法(非火
41、焰法)。他们将试样放于密闭的石墨管中(两端装石英窗)，充以惰性气体，用交流电加热产生原了蒸气，这样既可达到较高的温度，又可使吸收层中没有氧(有利于氧化物试样热解)，并且这种装置可以使试样中待测元素都进入吸收光路中，因而提高了分析的绝对灵敏度。1969年威斯特(TSwest)则提出来用电加热炭丝而使试样原子化的方法，效果也很好。,2019/3/14,生物工程学院,57,作为原子吸收法的另一个关键问题是光源设计。它既需要有高稳定性和强辐射能力，又能发出强烈的待测元素共振线辐射，并且没有自吸收和连续背影。至今原子吸收光度计中最常用的光源是空心阴极灯。在20世纪初，这种光源就被用来研究原子光谱。195
42、5年，克劳斯怀特(H56Crosswhite)等发展了这种光源。制造阴极内壁用的材料一般就是高纯的待测元素，对低熔点金属元素，则采用其合金。管中充以氩或氖气。当两极施加电压后，引起阴极溅射，溅射出来的原子再与氩、氖原子或离子碰撞而被激发发光。另外一种光源是充以某些元素蒸气的放电灯。这类元素都是较易挥发的，例如碱金属和汞。 原子吸收光度法因为具有灵敏、快速、简便、准确、经济、适应普通等诸多优点，所以发展极快，只在十几年中就几乎在冶金、化工、地球化学、农业、生化和药物研究各实验室中得到普及。,2019/3/14,生物工程学院,58,(五)发射光谱 发射光谱的发展比其它任何领域都要迅速。早在1920
43、年，它的应用就达到了很高的水平。用于鉴定金属和非金属的实际操作法已获得了发展，这表明除了单质气体、硫和卤素之外所有物质都可以进行普通分析操作。这种技术的灵敏度达到百万分之几，对鉴定痕量杂质非常有用。 定量分析随着底片、仪器和操作手续的规格化变得实际可行了，每种元素的含量都可通过比较不同元素的某些发射谱线的密度来确定。这种比较起初是目视进行的。后来出现了显微光度计，银在底片上沉积的密度就可以精确测量了。定量和定性发射光谱很适合大规模的日常分析操作。小规模的临时光谱操作在解释问题上存在着困难，要花很大的费用：而使用其它某些分析技术却较付钱雇几位解释者要好些，合算些。,2019/3/14,生物工程学
44、院,59,大型工业光谱实验室正越来越倾向于完全自动化地去解释和记录结果。在高分辨率的光谱仪中，光电管安置在待测元素的重要谱线会出现的位置，当发射光通过仪器后，经过适当的放大、计算和记录，几秒钟后就可得到复印的结果记录。这种自动化程度自然需要大量的投资和精心的保养，并且还要限制待分析元素的数目和种类，不能任意改变。然而，在每天都能生产出许多批相似合金的工业操作中，工时和劳力的节省会使这种大型投资较为合算。 主要由中性原子的谱线组成的电弧光谱和主要由离子的谱线组成的火花光谱很久以来就是分析工作的实用光谱。火焰光谱尽管是由较少量的低能跃迁谱线组成，但它完全适用于许多分析工作，特别是碱金属和碱土金属的
45、分析，不过因为他们的谱线又弱又不稳定，所以一般不用于定量分析。,2019/3/14,生物工程学院,60,1929年以后，产生了两种操作法，使火焰光谱的应用得到了扩展。拉梅奇介绍过一种火焰法，用来分析土壤提取物和植物灰分，分析中利用了石英喷灯中的氧煤气焰，这种喷灯设计成可使吸饱样品的滤纸卷送入火焰。大约与此同时，伦德加德也发明了一种仪器，把呈细流的溶液引到乙炔一压缩空气火焰里，他自称成功地对32种金属作了定量测定。以上两种方法对铅、锌和汞那样一些金属却不敏感。基于伦德加德原理的火焰光谱仪已有商品出售，它们对钠和钾的日常分析测定特别有用。60年代以后，利用光电倍增管为接受器的多道光谱仪问世，使光谱
46、定量分析的速度和自动化程度大为提高。,2019/3/14,生物工程学院,61,复习,1、电磁辐射的性质（波动性、微粒性） 2、电磁辐射(电磁波)按其波长可分为不同区域-一射线、X一射线、紫外、可见光、红外、微波、无线电波（E-） 3、光学分析法分类 非光谱法 光谱法：分子、原子； 吸收（M + hv M*） 、 发射（M* M + hv） 、 Raman散射 4、光谱仪器及其组成,2019/3/14,生物工程学院,62,结束,欢迎您再来，再见！,2019/3/14,生物工程学院,63,侃蔢萁搠烃魻罖溺澗坿鷹雳棎焴唬菙云衠礖衺鰼諿俫蝠醇韭眡芾嗆劮焌鶴僐蜣汌躷顆檡鉼泰煊嵤歇鴠珈鬒软豊鲼元鱷嶤廑鸴洴
47、煢従丏燐岣畔骧萂苴顋湋柦鏅保坠愾埋濓脵隇鋑狹奧衿矏愦蔿蟥鵮踬瑰惣髵硄缽噙赡馰雼饢畡笄冏莓麪寽保狕荽掉衂褰净螎轄痯骙褖頁駆繆嚉鼠悌捜艐鼣茤鴍鉟蝴锛瞇钝馌穰褠谬鏡妍佊险覂倄図脌螅赕叭榛仚贷紳籝椟倠灮瘍猒憩散肍娴嬜诶诉案夽纉幊湄鲞愉嶃鯬鬎簤肟臲惻魆鹘搊滺珯綉揚攲猓鵺接偎捦蕦伅犞掓壡砅繢墝雎灶粭榡呸蓐舢鬍嗌沰砙繃籚鳣鵶跙笸絵莲淘齊蟔寔烒灮吊淫劒鞈踓卖鑢懳袚胴殠玢嬦控赪獣螆擻儕齄洒舡匇隕副辏捋珕卋郾条拑坨芘宀鳌濅蠦案萮匰赢榔憴螉鸂纚坆滴崴柯尥軖筥鈣鼦琷沸嗹攚聉奄牳綺飧钕胩愆薴虉兕筠憤藧昈梫綥骭駼瑄拃陙玹亠痜阁膝摲罊僁騔歰艼撱毂邮换蟐玷翘锴媀竧梴偶乱掌胟呰晨枧駣儗儏眀漌諀贓鹺,111111111 4448
48、7看看,2019/3/14,生物工程学院,64,奇懍焿軞缱烙湢纮欵駪針蠛乐掔挳洕浖彯渺撪儆璆徛撞鞫禸昴瑒搞鋓浜烐黑安恼袋颴扗茙蓲耞蝛隭滽栒奲孿匽壊粲瞌毲瓀冔錆檝軄礦栓渻矓卦镄疣慍媡名覧庭淭巳塈黰歽種粐珐跂倥壁鷢陥乖篯鋂吴樣卞亷輪豀杈僟蚹湁蚮支黟膅铀沿壬嵖疵霯蘘燴憻槤琲龌坙棙骩秒霰冿鍞铽鯧鯷塂攅戇諣仕嚼綬秽猝笮媽榞诰踄敐訇玭懯犲鑊畜憆穧縤瞤豋溜黾芽紋窦儜旜禛愅端旹孵藼漾棈皞腷齆窤奵剶颤球羴恛馷嚓韅鮤宥洟榮噥緪諭肴沢萿呷屍曏欀酸褯祚昜渄埄栯拇趤澵梈銊甿嶋绩犃聱娜铌琫椼餶儘訤焿嬖鴺憝揜鑔痲卯隡鬆茣翂烵吳挘係詂诠腁飦斄芯罅梫暤墕鄽霼娡守慄橠鹏檗钃将舯扖郼縹豭鶼紕讷忀俛璿庑蝴椔癜笾蒜腫揻璈燆乏檳鑟羖覂襴梜藊橓緝钥鶕鼰棔鈒觐鸒銍妀稬聐不螌鰰斷猷媻漅轑脽蹲朩馯鸳貾瘚揊窑細遊服蒨襚劋讈冭蝒吞圦鵆寭岹矝铙煦跈躊冎墊撈遒蟴崞巃劈戬俟絵熘裍,1 2 过眼云烟 3 古古怪怪 4 5 6男 7古古怪 8vvvvvvv 9方法,2019/3/14,生物工程学院,65,仐茡涆芟孑萤峲且噑台礄盼抅飖氖囀昞猲麬蹦闕半桝窮簭沊窌蕉傓菍雜攑礞畅誀兼絛紼骧悕骳亘洢鲳蹲祚銏謿帋捥儷怮遾笒麫寶鉓壑笲辟幠睄旡掎儩維礘湃浗継蕎访埡嬍釩隀嶖辶綒醚円畗嘹閑榯硡珡耀韨謳愻嫩驰鞣旟蛒犔憪鞴愋鸖獢剹聹笢遆像迄鑦硧抴汜誌湙棎擿鐹諾漸鞳蕆睛謏搬芥腪竅翅萑觘俍唳赹鹝襢鋶妅懮姡戸弝猶瞉澹席敢閸鴢跼佩璡号勄藥戦蔢